概述

新一代疫苗越来越多地使用高度纯化的抗原，这提高了它们的安全性和耐受性，同时能够实现更简单的表征，但通常也会导致免疫原性降低。因此，佐剂被添加到这些疫苗中，特别是那些包含重组蛋白亚基的疫苗，以增强其诱导强大免疫反应的能力。尽管在过去20年中，人们已经为特定疫苗开发了几种新的佐剂，但铝佐剂仍然是目前最常用的方法。

铝佐剂的广泛使用是由于其良好的安全性，多年来在人类中已使用了数亿剂铝佐剂。它们价格低廉，易于获得，并且被监管机构普遍接受。此外，它们提供了一个非常灵活的平台，许多疫苗成分可以吸附其上，从而能够制备液体制剂，这种制剂在冷藏条件下通常具有很长的保质期。

尽管铝佐剂已经被广泛使用，但它们被认为是相对较“弱”的疫苗佐剂。因此，人们进行了许多尝试来提高它们的性能，这通常涉及免疫增强剂的共同递送，包括Toll样受体（TLR）激动剂。铝佐剂正在迎来第二春，共同创造下一代改良佐剂。

铝佐剂的种类

目前，获得许可的人类疫苗中包括的两种主要类型的铝佐剂是氢氧化铝（AH）和磷酸铝（AP）。疫苗制剂中AH佐剂与AP佐剂的选择在很大程度上取决于抗原的性质和吸附以实现最佳免疫反应的要求。

氢氧化铝佐剂是通过在精心控制的条件下向铝离子溶液中加入氢氧化钠来制备的。温度、浓度和混合速度是影响所生产佐剂物理化学性质的因素。电子显微镜显示AH佐剂由形成松散微粒聚集体的纳米颗粒纤维组成。

磷酸铝佐剂是通过在磷酸盐存在下在碱性条件下沉淀铝离子来制备的。磷酸根离子的加入导致羟基磷酸铝Al（OH）x（PO4）y的形成，其中一定比例的羟基被磷酸根取代。AP佐剂是无定形的，即非结晶的，因为磷酸盐的掺入会干扰结晶过程。AP佐剂的超微结构显示初级球形纳米颗粒，直径约50 nm，通常形成松散的微粒聚集体。

无定形羟基磷酸铝硫酸酯（AAHS）是一种由默克公司生产的含铝佐剂，用于多种商业疫苗，包括Recombivax、Gardasil和Vaxelis。AAHS的零电荷点约为7，这意味着它在中性pH下不携带表面电荷。在超微结构上，它由类似于AP和明矾沉淀疫苗的片状纳米颗粒组成。因此，AAHS可以被认为是一种具有相对低的P∶OH比的不同形式的AP佐剂。

一些获得许可的疫苗，如Twinrix 和Infanrix Hexa，同时含有AH和AP佐剂。疫苗是通过将选定的抗原与AH或AP佐剂混合，然后通过最佳吸附组分的组合来制备的。电子显微镜显示纳米纤维的聚集体与片状纳米颗粒的聚集体相邻或偶尔与之混合，表明佐剂在混合时保持其主要颗粒结构。

铝佐剂的理化性质

有许多已建立的测定方法可用于表征铝佐剂并确保批次之间的一致性。结构信息可以使用X射线衍射（仅适用于AH佐剂）、光谱（傅里叶变换红外、核磁共振、拉曼）和透射电子显微镜获得。

颗粒度

铝佐剂通常由初级纳米颗粒组成，这些纳米颗粒形成尺寸为1至20μm的不规则形状的聚集体。颗粒大小和形状对免疫细胞通过吞噬作用摄取颗粒的效率具有重要意义。颗粒大小可以使用激光衍射、动态光散射或微流成像来确定。铝佐剂的表面电荷取决于pH值，随着静电排斥力的降低，当pH值接近零电荷点时，观察到较大的颗粒尺寸。同样，氯化钠的加入可以掩盖表面电荷并增强颗粒聚集。

表面电荷

AH纳米颗粒表面的铝离子与羟基配位，羟基可以接受或提供质子，这取决于分散介质的pH。因此，AH具有依赖于pH的表面电荷。它的零电荷点（PZC）为11.4，在中性pH下带正电荷。对于AP而言，由于铝对磷酸盐的亲和力更高，一部分表面羟基被磷酸盐取代。商业AP佐剂的P:Al比为1.1–1.15:1，PZC约为5，这使它们在中性pH下具有负表面电荷。较大比例的表面羟基导致较高的PZC。

表面积

根据使用重量FTIR光谱测量的水吸附，组成铝聚集体的初级纳米颗粒为佐剂提供了非常大的表面积，AH佐剂的表面积估计为514 m2/g。表面积也可以在氮吸附后使用Brunauer–Emmett–Teller（BET）理论来确定。虽然这些方法不能用于AP佐剂，但由50nm纳米颗粒组成的AP的超微结构表明，AP也具有非常大的表面积。

吸附

铝佐剂的大表面积允许对抗原具有高吸附能力，这可以用作佐剂表征的关键工具。重要的是，抗原的吸附会影响免疫反应的质量和程度，并可能增强或降低抗原的稳定性。应该注意的是，疫苗制剂中抗原的剂量通常较低，并且通常远低于完全吸附能力。吸附能力受抗原类型、缓冲液（pH、离子强度、组成）和其他赋形剂的影响，包括稳定剂或表面活性剂的存在。吸附的主要机制是抗原上的磷酸盐与佐剂上的表面羟基的配体交换，以及静电和疏水相互作用。

元素组成

铝佐剂中杂质的存在可以使用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定。据报道，从不同制造商和不同批次获得的AH佐剂之间金属离子的类型和数量存在差异，这可能是由于生产过程中使用的铝盐、化学品和水的来源存在差异。一些污染物，如铜，可能会影响吸附抗原的稳定性。

AH和AP佐剂的生物学差异

通常有人认为，AH比AP诱导更强大的免疫反应，但很少有发表的研究直接比较用AH配制的疫苗与AP配制的疫苗的效力。在小鼠和豚鼠中，AH对破伤风类毒素、蛇毒和病毒糖蛋白的免疫反应比AP更强。然而，白喉类毒素和炭疽重组蛋白没有观察到差异。此外，对Hib-CRM197偶联疫苗在婴儿中的评估表明，铝佐剂显著增强了免疫反应，但AH和AP之间没有差异。

使用模拟间质液的体外研究和使用同位素标记佐剂的动物研究表明，注射后AP比AH溶解得更快。这与观察结果一致，即在注射铝佐剂疫苗后，非人类灵长类动物和大鼠的肌肉中AH比AP持续时间更长。与含AH的疫苗相比，AP的保留期较短可能是接种含AP的疫苗后肉芽肿风险较低的一个因素。

铝佐剂的全部作用机制仍知之甚少，大多数研究都集中在AH上，很少有实验比较AH和AP的生物学效应。已有研究显示，AH和AP均以胱天蛋白酶-1依赖的方式诱导小鼠树突状细胞和人外周血单核细胞释放IL-1β和IL-18，这些细胞因子可能在炎症细胞募集到注射部位中发挥作用。铝佐剂增强树突状细胞的抗原呈递和T细胞活化，AH在体外比AP更大程度上诱导卵清蛋白（OVA）的抗原呈递。

铝佐剂疫苗的安全性

含铝佐剂在人类疫苗中已经使用了80多年，每年在婴儿、青少年和成年人中注射数百万剂。根据这一无与伦比的历史记录，铝佐剂被认为是安全且耐受性良好的。注射铝佐剂疫苗后，一小部分注射个体可能会出现肉芽肿或对铝的接触性超敏反应。铝是环境中广泛存在的元素，存在于食品、个人护理产品和药物中。没有证据表明注射含铝疫苗会使血液中的铝水平高于基线或最低风险水平，并导致系统性疾病或神经系统疾病。铝佐剂的安全性得到了频繁注射AH配方过敏原的皮下免疫治疗（SCIT）患者流行病学研究的进一步支持。在欧洲使用的过敏原免疫疗法产品中，约有三分之二含有AH。使用常规抗过敏药物（口服抗组胺药或鼻内皮质类固醇）治疗的患者与在10年内接受含有AH过敏原的SCIT治疗患者的比较表明，后者的自身免疫性疾病、缺血性心脏病和总死亡率较低。SCIT包括在3年内注射AH，AH是3剂铝佐剂乙肝疫苗的100倍。

下一代铝佐剂

铝佐剂对疫苗接种在控制传染病方面的成功做出了重大贡献。它们在增强对病原体的免疫反应方面是有效的，对病原体的保护依赖于抗体介导的免疫反应。它们价格低廉，安全性良好。然而，在疫苗中使用铝佐剂有一些局限性。如铝佐剂无法支持强大的细胞介导的免疫反应，这是诱导对某些病原体（如结核分枝杆菌）的保护所必需的。因此，下一代铝佐剂主要致力将Th2的响应转换为更多的Th1响应。一种方法是以纳米铝为代表，它的颗粒尺寸比传统的AH更小，同时材料的形状和结晶度也发生了变化。对纳米铝的研究表明，抗体反应更强、更持久，APC对抗原的吸收增加，并从Th2反应转变为Th1/Th17反应。另一种方法是将铝佐剂与其他免疫刺激剂，特别是TLR激动剂相结合。

人类使用的批准疫苗中第一种TLR激动剂和铝佐剂组合是AS04，它包括吸附在铝上的3-O-去乙酰基-4′-单磷酸脂a（MPL），其使用在两种GSK开发的疫苗Cervarix和Fendrix中，分别用于预防人乳头瘤病毒和乙型肝炎病毒。MPL是脂多糖（LPS）的解毒版本，是TLR4的激动剂。临床前研究表明，AS04极大地增强了抗体的产生，并诱导了高水平的记忆细胞。Fendrix在人类中证实了这些特征，与单独使用铝盐相比，含AS04佐剂的HBV疫苗表现出更高的血清保护率和更持久的抗体反应。

铝-TLR激动剂组合佐剂的第二个例子是AS37，它是一种小分子免疫增强剂（SMIP），TLR7的激动剂，吸附在氢氧化铝上。研究表明，AS37可以在临床前模型中与许多不同类型的候选疫苗一起使用。在包括灵长类动物在内的一系列动物模型中，它可以将免疫反应转换为Th1型，疫苗的免疫原性总体增加。

最后，含铝组合佐剂包括用胞嘧啶/鸟苷寡脱氧核苷酸（CpG-ODN）加AH，CpG-ODN这是一种已被批准用于人类的TLR9激动剂免疫增强剂。带负电荷的CpG ODNs很容易吸附到AH上。CpG ODNs加AH的联合佐剂已经应用于不同的抗原，包括新冠RBD亚单位和乙型肝炎表面抗原（HbsAg），结果表明联合CpG的铝佐剂疫苗诱导了更强、更平衡的Th1/Th2细胞免疫反应，并且诱导了更高的抗体反应。

小结

近100年来，铝佐剂已被用于数十亿剂疫苗，主要用于儿童和青少年。尽管它们有局限性，例如它们相对不能诱导强大的细胞介导的（Th1）免疫反应和对冷冻的易感性，但它们的安全性和耐受性记录，以及它们的低成本，使这类佐剂继续成为疫苗中非常有吸引力的组分。目前，铝佐剂仍然是评估新的和探索性佐剂的金标准。铝佐剂疫苗的生物物理特性的最新进展，促进了新疫苗配方的开发，并使生产过程中的质量控制成为可能。利用铝佐剂的高吸附能力，它们将越来越多地被用作开发新型组合佐剂的平台，能够驱动对特定病原体的必要免疫反应。这些进展将确保在可预见的未来，铝佐剂仍然是疫苗配方的支柱。

参考文献：

1.Aluminum Adjuvants—‘Back to the Future’. Pharmaceutics.2023 Jul; 15(7): 1884.

原文标题:“回到未来”-铝佐剂的进击